A Probability Model based on Counting Method to Improve Broadcast Reliability over VANET

차량이동통신용 브로드캐스트의 신뢰성 향상을 위한 확률 모델

The reliability of broadcasting over vehicular ad hoc networks (VANETs) is one of the most critical factors for driving safety applications. There exists limitations to improve the reliability of broadcast transmissions in saturated VANETs where previous proposals in literature tackle the problem by heuristically adapting the size of the contention window (CW). This paper considers improving the reliability by proposing a new probability model based on the counting methods of permutations and combinations, which counts all the possible cases of broadcast failures in a single-hop broadcast transmission for a given CW. From the model, we calculate the best CW size given the number of contention nodes, which significantly improves the reliability and satisfying the timely dissemination of emergency broadcasting messages. Through extensive VANET simulations with varying densities, we show that our model maintains near 100 percent success rate for single-hop broadcast as well as multi-hop broadcast (e.g. 40 hops) and achieves minimal broadcast delay.

차량이동통신망의 가장 중요한 서비스 중의 하나인 안전운전 및 사고방지는 브로드캐스트의 신뢰적 전송에 크게 좌우된다. 브로드캐스트의 신뢰적 전송과 관련된 기존 연구들은 네트워크 밀집 상황에 따라 경쟁윈도우(Contention Window)의 크기를 휴리스틱하게 조절하는 방법을 통해 신뢰적 전송이 가능하도록 제안하고 있으나, 이러한 방법들은 여러 가지 문제점들을 가지고 있다. 본 논문에서는 경쟁 노드들의 수와 경쟁윈도우의 크기에 따른 싱글홉 브로드캐스트 전송 실패 확률을 계산할 수 있는 확률모델을 제안한다. 이 모델을 통해 경쟁노드의 수에 따른 브로드캐스트 전송 실패 확률을 최소로 하는 경쟁윈도우의 최소 크기를 계산하고, 브로드캐스트 시 경쟁윈도우의 크기로 사용함으로써, 가능한 최소의 전송딜레이를 가지는 동시에 브로드캐스트 전송 신뢰도를 크게 향상시킨다. 이 모델의 정확도 및 싱글홉, 멀티홉 브로드캐스트 전송의 신뢰도를 다양한 네트워크 밀도 시나리오에 따른 시뮬레이션을 통해 검증하였고, 거의 100 퍼센트에 가까운 신뢰적 전송 결과를 보여준다.